際際滷

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Universit di Pisa
Scuola di Ingegneria
Tesi di laurea Magistrale in Ingegneria Edile-Architettura
Morphogenesis of a Smooth Helicoidal
Skyscraper Glass Envelope:
Geometry problems and tessellation optimization
Relatori: Prof. Ing. Maurizio Froli
Prof. Helmut Pottmann
Candidata: Sara Andreussi
D.E.S.T.E.C.
Universit di Pisa
Geometric Modeling and Industrial Geometry
Technische Universit辰t Wien
Introduzione e geometria
Form finding dellinvolucro esterno
Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione
Scelta della struttura interna e ottimizzazione strutturale
Progetto
Contenuti della tesi
Introduzione e geometria
Obiettivi
1. Definire la forma dellinvolucro di un grattacielo elicoidale
ottimizzando il costo dei pannelli di vetro
GEOMETRIA DIFFERENZIALE
 Curve
 Superfici Rigate
Sviluppabili
Minime
NURBS
2. Progettare la struttura interna OTTIMIZZAZIONE STRUTTURALE
Form finding dellinvolucro esterno
Twist
 = 300 
 = 3030 
  = 0.011
 1   =
=0
74
Form finding dellinvolucro esterno
Forma di base
Curva NURBS
  =
=0

,  ゐ 
=0

,  ゐ ,
Con
,  funzione della curva
 punti di controllo
ゐ peso dei punti di controllo
Form finding dellinvolucro esterno
Quadrato con
angoli smussati
Curva convessa Curva con punti di
inflessione
Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione
Morfologia SCELTA TRA PANNELLI TRIANGOLARI E QUADRANGOLARI
In una mesh triangolare convergono 6 travi, in una quadrangolare 4
6 travi 4 travi
In una mesh triangolare convergono 6 travi, in una quadrangolare 4
Costo dei pannelli triangolari pi湛 alto rispetto ai quadrangolari
2:1
Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione
Morfologia SCELTA TRA PANNELLI TRIANGOLARI E QUADRANGOLARI
In una mesh triangolare convergono 6 travi, in una quadrangolare 4
Costo dei pannelli triangolari pi湛 alto rispetto ai quadrangolari
Pi湛 nodi implicano pi湛 elementi nella struttura e quindi una struttura pi湛 pesante
Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione
Morfologia SCELTA TRA PANNELLI TRIANGOLARI E QUADRANGOLARI
Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione
Morfologia SCELTA TRA PANNELLI TRIANGOLARI E QUADRANGOLARI
In una mesh triangolare convergono 6 travi, in una quadrangolare 4
Costo dei pannelli triangolari pi湛 alto rispetto ai quadrangolari
Pi湛 nodi implicano pi湛 elementi nella struttura e quindi una struttura pi湛 pesante
Nodi triangolari sono soggetti a torsione
Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione
Metodi di ricerca pannelli piani RICERCA DELLA STESSA TANGENTE
Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione
Metodi di ricerca pannelli piani SUPERFICIE SVILUPPABILE
Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione
Metodi di ricerca pannelli piani DIAMANTI PIANI E TRIANGOLI
Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione
Metodi di ricerca pannelli piani DEVIAZIONE DEI PANNELLI
$$ =   1 +   2 +   3 +  +   
.  
.  
.  
.  
.  
.
Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione
Metodi di ricerca pannelli piani DEVIAZIONE DEI PANNELLI
  = .  
  < .   (  =


= .  )
  > .
  =   
Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione
Metodi di ricerca pannelli piani DEVIAZIONE DEI PANNELLI
  =  
  =  
 倹署 = .  
 =   +   +  倹署
  = /
 =
  =   
Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione
Metodi di ricerca pannelli piani DEVIAZIONE DEI PANNELLI
  =  
  =  
 倹署 = .  
 =   +   +  倹署
 pannelli piani
 pannelli con  >  
 pannelli con  <
Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione
Metodi di ricerca pannelli piani CURVATURE PRINCIPALI
Forme di base convesse
Forme di base con punti
di inflessione
Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione
Metodi di ricerca pannelli piani CURVATURE PRINCIPALI
GEOMETRIA: 竪 la soluzione col maggior numero di
pannelli piani
STRUTTURA: dal punto di vista areodinamico riduce
lazione dei vortici e del vento
Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione
Analisi finali di 3 casi studio PLANARITY ANALYSIS
Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione
Analisi finali di 3 casi studio
Base quadrata con
angoli smussati
1. Pannellizzazione che segue le
curvature principali degli angoli
smussati
2. Pannellizzazione che segue le
curvature principali degli angoli smussati
precedentemente ottimizzata
3. Pannellizzazione con diamanti
PLANARITY ANALYSIS
Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione
Analisi finali di 3 casi studio PANEL FITTING
1. Pannellizzazione che segue le
curvature principali degli angoli
smussati
Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione
Analisi finali di 3 casi studio PANEL FITTING
1. Pannellizzazione che segue le
curvature principali degli angoli
smussati
Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione
Analisi finali di 3 casi studio PANEL FITTING
3. Pannellizzazione con diamanti
Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione
Scelta dellinvolucro CASO STUDIO 1 8400 PANNELLI PIANI:
8240 PANNELLI COMPLETAMENTE PIANI
160 PANNELLI PIANI CON PIEGATURA A FREDDO
50 STAMPI
晦i稼厩看鉛顎界姻看
晦i稼厩看鉛顎界姻看
Scelta della struttura interna e ottimizzazione strutturale
Sistema acciaio - cls
Telaio Mensola Sistema
composto
 


 = .  
 =  
 ,   Peso proprio e portato
  
Azione del vento, Folla
Forza orizzontale
Scelta della struttura interna e ottimizzazione strutturale
Sistema acciaio - cls
SISTEMA A
1. Colonne in acciaio che seguono landamento
del twist
2. Nucleo centrale in cls
3. Solette ad ogni piano
4. Controventi ad 1/3, 2/3, e allaltezza della
struttura
SISTEMA B
1. Colonne verticali situate nella parte
interna dellinvolucro
2. Nucleo centrale in cls
3. Travi reticolari con relativi elementi di
connessione
4. Controventi ad 1/3, 2/3, e allaltezza della
struttura
Scelta della struttura interna e ottimizzazione strutturale
Analisi SISTEMA A Core .  
Colonne tubolari in acciaio . .  
Soletta .  
Controventi . .  
1. Spostamento non verificato
2. Peso eccessivo della struttura
3. Colonne che creano eccentricit
Scelta della struttura interna e ottimizzazione strutturale
Analisi MODELLO 2D
OTTIMIZZAZIONE SEZIONI PER PIANO
SISTEMA B
.  <  =
1
250
 = 1.2 
SPOSTAMENTO
MODI PROPRI DI VIBRARE
  = ,  
  FLESSIONALE   TORSIONALE
  = ,  s
Scelta della struttura interna e ottimizzazione strutturale
Progetto
Progetto
Progetto
Progetto
Progetto
Progetto
Fotoinserimento
VIENNA INTERNATIONAL CENTER Fotoinserimento
Progetto
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Presentazione tesi linkedin

  • 1. Universit di Pisa Scuola di Ingegneria Tesi di laurea Magistrale in Ingegneria Edile-Architettura Morphogenesis of a Smooth Helicoidal Skyscraper Glass Envelope: Geometry problems and tessellation optimization Relatori: Prof. Ing. Maurizio Froli Prof. Helmut Pottmann Candidata: Sara Andreussi D.E.S.T.E.C. Universit di Pisa Geometric Modeling and Industrial Geometry Technische Universit辰t Wien
  • 2. Introduzione e geometria Form finding dellinvolucro esterno Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione Scelta della struttura interna e ottimizzazione strutturale Progetto Contenuti della tesi
  • 3. Introduzione e geometria Obiettivi 1. Definire la forma dellinvolucro di un grattacielo elicoidale ottimizzando il costo dei pannelli di vetro GEOMETRIA DIFFERENZIALE Curve Superfici Rigate Sviluppabili Minime NURBS 2. Progettare la struttura interna OTTIMIZZAZIONE STRUTTURALE
  • 4. Form finding dellinvolucro esterno Twist = 300 = 3030 = 0.011 1 = =0 74
  • 5. Form finding dellinvolucro esterno Forma di base Curva NURBS = =0 , ゐ =0 , ゐ , Con , funzione della curva punti di controllo ゐ peso dei punti di controllo
  • 6. Form finding dellinvolucro esterno Quadrato con angoli smussati Curva convessa Curva con punti di inflessione
  • 7. Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione Morfologia SCELTA TRA PANNELLI TRIANGOLARI E QUADRANGOLARI In una mesh triangolare convergono 6 travi, in una quadrangolare 4 6 travi 4 travi
  • 8. In una mesh triangolare convergono 6 travi, in una quadrangolare 4 Costo dei pannelli triangolari pi湛 alto rispetto ai quadrangolari 2:1 Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione Morfologia SCELTA TRA PANNELLI TRIANGOLARI E QUADRANGOLARI
  • 9. In una mesh triangolare convergono 6 travi, in una quadrangolare 4 Costo dei pannelli triangolari pi湛 alto rispetto ai quadrangolari Pi湛 nodi implicano pi湛 elementi nella struttura e quindi una struttura pi湛 pesante Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione Morfologia SCELTA TRA PANNELLI TRIANGOLARI E QUADRANGOLARI
  • 10. Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione Morfologia SCELTA TRA PANNELLI TRIANGOLARI E QUADRANGOLARI In una mesh triangolare convergono 6 travi, in una quadrangolare 4 Costo dei pannelli triangolari pi湛 alto rispetto ai quadrangolari Pi湛 nodi implicano pi湛 elementi nella struttura e quindi una struttura pi湛 pesante Nodi triangolari sono soggetti a torsione
  • 11. Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione Metodi di ricerca pannelli piani RICERCA DELLA STESSA TANGENTE
  • 12. Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione Metodi di ricerca pannelli piani SUPERFICIE SVILUPPABILE
  • 13. Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione Metodi di ricerca pannelli piani DIAMANTI PIANI E TRIANGOLI
  • 14. Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione Metodi di ricerca pannelli piani DEVIAZIONE DEI PANNELLI $$ = 1 + 2 + 3 + + . . . . . .
  • 15. Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione Metodi di ricerca pannelli piani DEVIAZIONE DEI PANNELLI = . < . ( = = . ) > .
  • 16. = Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione Metodi di ricerca pannelli piani DEVIAZIONE DEI PANNELLI = = 倹署 = . = + + 倹署 = / =
  • 17. = Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione Metodi di ricerca pannelli piani DEVIAZIONE DEI PANNELLI = = 倹署 = . = + + 倹署 pannelli piani pannelli con > pannelli con <
  • 18. Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione Metodi di ricerca pannelli piani CURVATURE PRINCIPALI Forme di base convesse
  • 19. Forme di base con punti di inflessione Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione Metodi di ricerca pannelli piani CURVATURE PRINCIPALI
  • 20. GEOMETRIA: 竪 la soluzione col maggior numero di pannelli piani STRUTTURA: dal punto di vista areodinamico riduce lazione dei vortici e del vento Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione Analisi finali di 3 casi studio PLANARITY ANALYSIS
  • 21. Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione Analisi finali di 3 casi studio Base quadrata con angoli smussati 1. Pannellizzazione che segue le curvature principali degli angoli smussati 2. Pannellizzazione che segue le curvature principali degli angoli smussati precedentemente ottimizzata 3. Pannellizzazione con diamanti PLANARITY ANALYSIS
  • 22. Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione Analisi finali di 3 casi studio PANEL FITTING 1. Pannellizzazione che segue le curvature principali degli angoli smussati
  • 23. Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione Analisi finali di 3 casi studio PANEL FITTING 1. Pannellizzazione che segue le curvature principali degli angoli smussati
  • 24. Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione Analisi finali di 3 casi studio PANEL FITTING 3. Pannellizzazione con diamanti
  • 25. Ricerca della pannellizzazione e ottimizzazione Scelta dellinvolucro CASO STUDIO 1 8400 PANNELLI PIANI: 8240 PANNELLI COMPLETAMENTE PIANI 160 PANNELLI PIANI CON PIEGATURA A FREDDO 50 STAMPI
  • 28. Scelta della struttura interna e ottimizzazione strutturale Sistema acciaio - cls Telaio Mensola Sistema composto = . = , Peso proprio e portato Azione del vento, Folla Forza orizzontale
  • 29. Scelta della struttura interna e ottimizzazione strutturale Sistema acciaio - cls SISTEMA A 1. Colonne in acciaio che seguono landamento del twist 2. Nucleo centrale in cls 3. Solette ad ogni piano 4. Controventi ad 1/3, 2/3, e allaltezza della struttura SISTEMA B 1. Colonne verticali situate nella parte interna dellinvolucro 2. Nucleo centrale in cls 3. Travi reticolari con relativi elementi di connessione 4. Controventi ad 1/3, 2/3, e allaltezza della struttura
  • 30. Scelta della struttura interna e ottimizzazione strutturale Analisi SISTEMA A Core . Colonne tubolari in acciaio . . Soletta . Controventi . . 1. Spostamento non verificato 2. Peso eccessivo della struttura 3. Colonne che creano eccentricit
  • 31. Scelta della struttura interna e ottimizzazione strutturale Analisi MODELLO 2D OTTIMIZZAZIONE SEZIONI PER PIANO SISTEMA B
  • 32. . < = 1 250 = 1.2 SPOSTAMENTO MODI PROPRI DI VIBRARE = , FLESSIONALE TORSIONALE = , s Scelta della struttura interna e ottimizzazione strutturale